無人機在林業領域的應用前景

許 磊

（歙縣林業局，安徽 歙縣 245200）

1 ?無人機的概念、發展現狀以及特性

1.1 ?無人機與相關技術概述

（1）無人機。無人機在飛行的過程中無需真人駕駛，通常來說，人們通過遙控設備與無人機控制程序對其進行手動操控，或利用車載計算機對無人機進行實時性或間歇性操控[1]。如圖1所示，無人機一般由機體、機架、指揮控制系統、動力系統組成，從而能夠實現對遠距離飛行的無人機進行有效回收[2]。

圖1 無人機的組成示意圖

（2）無人機技術。人們在研究無人機技術時會對無人機的飛行原理、無人機操控流程、飛機內部構造、無人機修理技術等方面的基礎知識和技能進行掌握，主要包括無人機駕駛操控、無人機數據處理、無人機遙感測繪等無人機技術，上述技術的研究不僅可以降低成本、簡化操作、減少能耗，還可降低操作人員風險、節約人力和物力。

1.2 ?無人機發展現狀

無人機最早出現于20世紀20年代的英國，之后主要被運用于軍事領域，作為靶機或者進行偵察任務。隨著技術持續進步和國際形勢變化，20世紀末逐漸從軍事向民用領域轉移。我國無人機在民用領域起步晚，但很快進入高速發展階段。2008年5月，汶川地震發生后，國家減災中心運用“千里眼”無人機開展災區遙感偵察，為災情評估和救災決策提供依據[3]。2013年6月3日，我國自主研發的Z5型無人直升機在內蒙古大興安嶺林區根河航空林業站首航，是我國中型無人機首次應用于林業行業[4]。隨著微機電制造的進步，2010年云臺技術開始在無人機上得到運用，民用消費級航拍無人機迎來了爆發式增長，2017年全球無人機的產量達到300萬架，市場的規模達到60億美元。

1.3 ?無人機的特性

（1）建造、使用成本低。無人機機體小，質量輕，造價低廉。與有人機相比，簡單易操作，各方面的成本都大大降低，同時更小的體積，也帶來了保存以及使用維護費用縮減，最多可以減少80%。

（2）操作員培養成本低。在對無人機操作員進行培訓時，學員僅在虛擬座艙中對手柄或鍵盤進行操作即可完成學習流程，因此，與傳統飛行員訓練中產生的費用相比，無人機操作員的訓練費用大幅度減少。同時，多架無人機僅可以通過一名操作員進行操控，綜上無人機操作員的培養成本低。

（3）配置靈活。因為無人機的配置系統相對簡單，因此可以衍生出適應各種環境的不同配置。既可以通過裝備高分辨率的攝像機拍攝出清晰的林業影像圖。也可以通過地面控制系統，全面合理設置無人機的飛行系統，更可以根據林業工作任務的不同進行模塊分工，靈活調整，從而獲得更全面的數據，滿足多方面的需求。

（4）地勤要求更低，機動性更強。由于無人機起降相對容易，且場地要求低，因此無人機使用單位無需為其專門建設跑道，同時，地勤維修也是不必要的。此外，在無人機的回收方面，其能夠直接在船舶、石油等平臺上進行回收。

（5）安全風險低。由于無人機是通過設定的程序與遠程操控飛行的，所以無人機操作人員不需要與無人機共同起降，雖然，目前的傳統飛機已經采取了嚴格的安全措施，但是，機毀人亡等安全問題仍然存在。相比之下，無人機在飛行中最大的問題僅為無法回收，因此不存在人員傷亡等安全風險。

2 ?無人機在林業中的應用分析

與有人飛機相比，無人機具有成本低、易操作、機動性強，地勤要求低，節省財力物力等特點，更低的人員風險發生率，能更好地在林區、山區等復雜地形下開展工作，同時也改善了林業行業的工作條件、提高工作效率、進一步推進了林業現代化進程。

2.1 ?無人機在林業資源調查中的應用

林業作為我國社會經濟發展的主要產業，以及生態環境的主要組成部分。開展全面的林業調查，有利于林業的保護和利用，并為林業發展提供各類數據以及理論支持。但是大面積的林業調查難度巨大，為了應對大面積的林業調查，我國先后采用了航空相片調查法、抽樣調查法、計算機統計法、遙感技術調查法等等。于2003年開始，在全國范圍采用SPOT5等高分辨率衛星數據開展森林資源調查，開啟了森林資源航天遙感調查的熱潮，并且目前各地在一類調查中已普遍采用“衛星數據+地面人工調查”的清查方式，取得了較好效果[5]。但受一些科技手段的限制，衛星也存在不少的弊端，更易受到天氣等環境因素的影響、衛星圖片分辨率低、更新周期長，實效性差、使用成本高。但通過無人機遙感航拍，可有效克服以上的缺點，同時還減輕了基層工作人員的工作負擔，并且提高了林業調查的效率和質量。

2.2 ?無人機在森林病蟲害防治中的應用

伴隨著經濟的全球化發展，人與人之間的流動性得到了進一步加強，同時，森林的利用率也逐漸增加，使得森林病蟲害逐漸從自然傳播轉化為人為傳播，近年來，森林中病蟲害的發生面積逐漸增加，強度不斷加大，而傳統的人工監測方式無法通過客觀的方式，將病蟲害的動態發生情況全面及時地檢測出來，使得傳統方式無力面對大規模病蟲害發生的情況，無法及時采取有效的防治措施。與傳統人工方式比較，無人機通過航拍的方式，能夠取得分辨率更好的森林影像，并能夠探測出更加精確的森林病蟲害相關數據，為森林病蟲害的檢測與預警工作提供有效助力。并且無人機具備機動、快速、適用范圍廣等優點，大大提高了有害生物監測預警效率，同時也節省了大量的人力、物力和財力。

隨著越來越頻繁的人口流動以及物流業的飛速發展，各類林業有害生物的人為傳播愈發嚴重，造成了各類危險性林業有害生物發生頻次增多，面積也逐年增大，人工防治的方式已無法滿足當下森林病蟲害防治的需求了。在此前提下，無人機空中噴灑藥物防治應運而生，通過無人機開展病蟲害防治工作，不僅能夠有效降低病蟲害防治成本，還能夠做到均勻投放抗病蟲害藥物。同時，工作人員利用無人機能夠對距離較遠、高度較高的森林進行藥物的投放，使得病蟲害的防治效率得到大幅度提升。

2.3 ?無人機在森林火災監測中的應用

在林業生產的過程中，森林火災是重大災害之一，無人機能夠提高監測效率、補充監測手段，與傳統的森林火災監測相比，其具有無法比擬的優越性。目前，無人機在森林火災的預防、監測、撲救，以及災后評估等方面均得到了業界的廣泛認可。可有效解決目前森林火災監測上巡護不到位、監測有漏洞和發現不及時的問題。

因受山區、林區復雜的地形和薄弱的基礎設施的影響，一旦發生森林火災，低能見度，將嚴重影響乘坐有人機對火災觀察員對火情以及火勢的正確判斷，嚴重時還可能造成有人機駕駛員以及火災觀察員的人身安全，而無人機則可以完美解決這個問題，通過無人機所攜帶的高分辨率攝像機和影像傳輸系統，并通過微波信號的方式，向地面工作人員實時傳遞火場影響，高效準確的完成火情、火勢觀察任務，降低了危險性，快速進行火災點辨別，為火情的后續撲救工作順利開展提供了先決條件，所以說無人機是林業發展中必不可少的一環。

3 ?促進無人機在林業中進一步應用的建議

（1）進一步提升無人機前沿技術的開發效率。隨著我國對無人機相關技術的研究日益成熟，其適用范圍已從軍事領域逐漸向各行各業擴大，例如氣象、農業、林業、交通以及其他多個領域，而在無人機技術上也取得了重大突破，自動導航、遙感技術、空氣動力學以及自動控制等都取得了長足的進步。

（2）加強無人機科研隊伍建設。為確保無人機在林業生產中順利發揮應有的作用，必須有專業的科技隊伍作為技術支撐，確保林業生產的各項日常生產活動的順利進行。但當前我國無人機還處在起步階段，因此更需要加強科研隊伍的建設，以期更快更好的發展。這就需要政府部門和相關部門通力合作，加大對無人機科研的支持、積極培訓無人機技術相關人員工作以及完善各項相關制度建設等，使其能夠更好地支持林業生產，從而促進林業產業向下一階段進發。

4 ?無人機林業應用中的問題

4.1 ?續航能力及通信范圍有待加強

在林業中應用的無人機的機體質量與運行時產生的負荷，使得無人機的續航能力較弱。然而，續航能力不強會導致無人機的整體性能受到嚴重影響。在無人機的使用過程中，不同的動力模塊使得各類無人機的續航能力不盡相同，雖然，一部分無人機的實驗室續航數據較為優秀，但在實際的使用過程中，受環境因素的影響，實際續航能力僅有理論續航能力的80%～90%，甚至在某些惡劣條件下，只有70%。同時無人機與地面控制平臺僅有數米到數千米的有限通信距離。而以上的兩點局限，在林業作業上尤為明顯，導致無人機無法在林業中得到大規模應用。

4.2 ?較易受環境影響

無人機在開展林業相關工作時，面對的環境較為復雜，因此，業界對無人機的穩定性提出了更高的要求。而無人機的體積通常較小，導致其抗風性能差，因此，在實際的飛行過程中，無人機極易受到風力的影響，出現擺動、傾斜、顛簸等不穩定現象，嚴重者甚至會導致機載監測設備失靈，使得無人機的飛行安全受到影響。目前，在實際應用中，無人機操作員通常會在晨間操控無人機，以求降低對無人機飛行造成影響的不良因素的發生概率。然而，該做法也會導致無人機的圖像采集設備出現成像干擾現象，嚴重降低了檢測的準確度。

4.3 ?缺乏有效的監管機制

對無人機的合理監管和調控正逐漸成為世界各國的主要考慮對象，國內現行的航空法規已與當前無人機快速發展的形勢不相適應，并且許多政策及標準存在空白。僅有中國民用航空局在2013年頒布的《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》的中提出了專供無人機使用的“隔離空域”，明確無人機實行分類管理，但同時又提出“有關融合空域部分待空管部門出臺相關政策后方可實施”。但行業準入標準、無人機性能參數和飛行計劃申報等方面的規定仍未明確。所以，要加強林業無人機監管相關的法規建設工作，并制定無人機操作員的職業能力考核方案[6]。

4.4 ?行業融合有限

無人機技術的發展迅猛，帶來的不良后果就是不協調，與其他傳統行業融合性不高，專業性無法滿足各行業標準。這也使無人機陷入了尷尬境地，產品的定位和發展方向進入瓶頸期，以占據全球民用小型無人機70%以上市場份額的大疆公司（DJI-Innovations）為例，多數無人機產品已然淪為“大玩具”，少數幾款與專業領域結合度較高的無人機，卻因各方面的問題，市場潛力尚未打開。

但在2015年，國家制造強國建設戰略咨詢委員會發布了《〈中國制造2025〉重點領域技術路線圖》，其中指出隨著空域開放的不斷推進，國內通用飛機、直升機和無人機市場巨大，到2025年無人機將在邊境巡邏、治安反恐、農林牧漁、地圖測繪、管線監測與維修、應急救援、攝影娛樂等領域大量應用，為無人機行業指明了專業應用的發展方向。